Impulsturbine vs reaktionsturbine
Turbiner er en klasse af turbomaskiner, der bruges til at omdanne energien i en flydende væske til mekanisk energi ved hjælp af rotormekanismer. Turbiner omdanner generelt væskens termiske eller kinetiske energi til arbejde. Gasturbiner og dampturbiner er termiske turbomaskiner, hvor arbejdet genereres ved entalpiændring af arbejdsfluidet; dvs. væskens potentielle energi i form af tryk omdannes til mekanisk energi.
Den grundlæggende struktur for en aksialstrømsmølle er designet til at tillade en kontinuerlig strøm af væske, mens den ekstraherer energien. I termiske turbiner ledes arbejdsfluidet ved en høj temperatur og et tryk gennem en række rotorer bestående af vinklede vinger monteret på en roterende skive fastgjort til akslen. Mellem hver rotorskiver monteres stationære vinger, der fungerer som dyser og styrer væskestrømmen.
Turbiner klassificeres ved hjælp af mange parametre, og impuls- og reaktionsdelingen er baseret på metoden til at konvertere en væskes energi til mekanisk energi. En impulsturbine genererer mekanisk energi fuldstændigt fra væskens impuls, når det påvirker rotorbladene. En reaktionsturbine bruger væsken fra dysen til at skabe momentum på statorhjulet.
Mere om impulsturbine
Impulsturbiner omdanner væskens energi i form af tryk ved at ændre retningen af væskestrømmen, når de påvirkes af rotorbladene. Ændringen i momentum resulterer i en impuls på turbinebladene, og rotoren bevæger sig. Processen forklares ved hjælp af newtons anden lov.
I en impulsturbine øges væskens hastighed ved at passere gennem en række dyser, før den ledes til rotorbladene. Statorbladene fungerer som dyserne og øger hastigheden ved at reducere trykket. Væskestrøm med højere hastighed (momentum) påvirker derefter med rotorbladene for at overføre momentum til rotorbladene. I disse faser gennemgår væskeegenskaberne ændringer, der er karakteristiske for impulsturbinerne. Tryktabet forekommer fuldstændigt i dyserne (dvs. statorer), og hastigheden stiger markant i statorer og falder i rotorerne. I det væsentlige omdanner impulsturbinerne kun væskens kinetiske energi, ikke trykket.
Pelton-hjul og de Laval-møller er eksempler på impulsturbiner.
Mere om reaktionsturbine
Reaktionsturbiner omdanner væskens energi ved reaktionen på rotorbladene, når væsken gennemgår en ændring i momentum. Denne proces kan sammenlignes med reaktionen på en raket med raketens udstødningsgas. Processen med reaktionsturbinerne forklares bedst ved hjælp af Newtons anden lov.
En række dyser øger hastigheden af væskestrømmen i statorstadiet. Dette skaber et trykfald og en stigning i hastighed. Derefter ledes væskestrømmen til rotorbladene, som også fungerer som dyser. Dette reducerer trykket yderligere, men hastigheden falder også som et resultat af overførsel af kinetisk energi til rotorblade. I reaktionsturbiner omdannes ikke kun væskens kinetiske energi, men også energien i væsken i form af tryk til mekanisk energi fra rotorakslen.
Francis-turbinen, Kaplan-turbinen og mange af de moderne dampturbiner tilhører denne kategori.
I moderne turbinedesign anvendes driftsprincipper til at generere optimal energiproduktion, og turbinens natur udtrykkes af turbinens reaktionsgrad (Λ). Parameteren er grundlæggende forholdet mellem trykfaldet i rotortrinet og statortrinet.
Λ = (ændring af entalpi i rotortrin) / (ændring af entalpi i statortrin)
Hvad er forskellen mellem impulsturbine og reaktionsturbinen?
I en impulsturbine forekommer trykfald (enthalpi) fuldstændigt i statorstadiet, og i reaktionsturbintryk (enthalpi) falder i både rotortrin og statorstadier. {Hvis væsken er komprimerbar, ekspanderer (normalt) gassen i både rotor- og statortrin i reaktionsturbiner.}
Reaktionsturbinerne har to sæt dyser (i statoren og rotoren), mens impulsturbiner kun har dyser i statoren.
I reaktionsturbiner omdannes både tryk- og kinetisk energi til skaftenergi, mens kun i impulsturbiner bruges den kinetiske energi til at generere skaftenergi.
Driften af impulsturbinen forklares ved hjælp af Newtons tredje lov, og reaktionsturbinerne forklares ved hjælp af Newtons anden lov.
